《向心力》圓周運動PPT優(yōu)秀課件
第一部分內(nèi)容：學(xué)習(xí)目標
1.知道什么是向心力，知道向心力的作用，知道它是根據(jù)力的作用效果命名的.
2.會分析向心力的來源，掌握向心力的表達式，并能用來進行計算.
3.體驗向心力的存在，會設(shè)計相關(guān)實驗，探究向心力與物體的質(zhì)量、速度和軌道半徑的關(guān)系，體會控制變量法在研究多個物理量關(guān)系中的應(yīng)用.
4.知道變速圓周運動和一般曲線運動的受力特點.
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向心力PPT，第二部分內(nèi)容：新課內(nèi)容
一、向心力
1.定義：做勻速圓周運動的物體所受的合力總指向________，這個指向________的力叫作向心力.
2.方向：始終沿著________指向________ .
3.作用：只改變速度的________，不改變速度的________.
4.向心力是根據(jù)力的________命名的，它由________________________提供.
5.表達式：
二、變速圓周運動和一般的曲線運動
1.變速圓周運動的合力：變速圓周運動的合力產(chǎn)生兩個方向的效果，如圖1所示.
(1)跟圓周相切的分力Ft：改變線速度的______.
(2)指向圓心的分力Fn：改變線速度的______.
2.一般的曲線運動的處理方法
(1)一般的曲線運動：運動軌跡既不是______也不是______的曲線運動.
(2)處理方法：可以把曲線分割為許多很短的小段，每一小段可以看作 ______ 的一部分，分析質(zhì)點經(jīng)過曲線上某位置的運動時，可以采用______運動的分析方法來處理.
即學(xué)即用
1.判斷下列說法的正誤.
(1)做勻速圓周運動的物體的向心力是恒力.( )
(2)向心力和重力、彈力一樣，都是根據(jù)性質(zhì)命名的.( )
(3)向心力可以是物體受到的某一個力，也可以是物體受到的合力.( )
(4)變速圓周運動的向心力并不指向圓心.( )
(5)做變速圓周運動的物體所受合力的大小和方向都改變.( )
2.如圖2所示，圓柱形轉(zhuǎn)筒繞其豎直中心軸轉(zhuǎn)動，小物體貼在圓筒內(nèi)壁上隨圓筒一起轉(zhuǎn)動而不滑落.則下列說法正確的是
A.小物體受到重力、彈力、摩擦力和向心力共4個力的作用
B.小物體隨筒壁做圓周運動的向心力是由摩擦力提供的
C.筒壁對小物體的摩擦力隨轉(zhuǎn)速增大而增大
D.筒壁對小物體的彈力隨轉(zhuǎn)速增大而增大
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向心力PPT，第三部分內(nèi)容：第1課時
實驗：探究向心力的大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系
明確原理 提煉方法
探究方案一 用繩和沙袋定性研究
1.實驗原理
如圖3(a)所示，繩子的一端拴一個小沙袋(或其他小物體)，將手舉過頭頂，使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，此時沙袋所受的向心力近似等于____________.
2.實驗步驟
在離小沙袋重心40 cm的地方打一個繩結(jié)A，在離小沙袋重心80 cm的地方打另一個繩結(jié)B.同學(xué)甲看手表計時，同學(xué)乙按下列步驟操作：
操作一 手握繩結(jié)A，如圖(b)所示，使沙袋在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，每秒轉(zhuǎn)動1周.體會此時繩子拉力的大小.
操作二 手仍然握繩結(jié)A，但使沙袋在水平面內(nèi)每秒轉(zhuǎn)動2周，體會此時繩子拉力的大小.
操作三 改為手握繩結(jié)B，使沙袋在水平面內(nèi)每秒轉(zhuǎn)動1周，體會此時繩子拉力的大小.
操作四 手握繩結(jié)A，換用質(zhì)量較大的沙袋，使沙袋在水平面內(nèi)每秒轉(zhuǎn)動1周，體會此時繩子拉力的大小.
(1)通過操作一和二，比較在__________相同的情況下，向心力大小與角速度的關(guān)系.
(2)通過操作一和三，比較在_____、_____相同的情況下，向心力大小與半徑的關(guān)系.
(3)通過操作一和四，比較在_____ 、 _____ 相同的情況下，向心力大小與質(zhì)量的關(guān)系.
3.實驗結(jié)論：半徑越_____，角速度越_____，質(zhì)量越_____，向心力越大.
探究方案二 用向心力演示器定量探究
1.實驗原理
向心力演示器如圖4所示，勻速轉(zhuǎn)動手柄1，可使變速塔輪2和3以及長槽4和短槽5隨之勻速轉(zhuǎn)動.皮帶分別套在塔輪2和3上的不同圓盤上，可使兩個槽內(nèi)的小球分別以幾種不同的角速度做勻速圓周運動.小球做圓周運動的向心力由橫臂6的擋板對小球的壓力提供，球?qū)醢宓姆醋饔昧Γㄟ^橫臂的杠桿使彈簧
測力套筒7下降，從而露出標尺8，根據(jù)標尺8上露出的
紅白相間等分標記，可以粗略計算出兩個球所受向心力的比值.
2.實驗步驟
(1)皮帶套在塔輪2、3半徑相同的圓盤上，小球轉(zhuǎn)動半徑和轉(zhuǎn)動角速度相同時，探究向心力與小球質(zhì)量的關(guān)系.
(2)皮帶套在塔輪2、3半徑相同的圓盤上，小球轉(zhuǎn)動角速度和質(zhì)量相同時，探究向心力與轉(zhuǎn)動半徑的關(guān)系.
(3)皮帶套在塔輪2、3半徑不同的圓盤上，小球質(zhì)量和轉(zhuǎn)動半徑相同時，探究向心力與角速度的關(guān)系.
探究方案三 利用力傳感器和光電傳感器探究
1.實驗原理與操作
如圖5所示，利用力傳感器測量重物做圓周運動的向心力，利用天平、刻度尺、光電傳感器分別測量重物的質(zhì)量m、做圓周運動的半徑r及角速度ω.實驗過程中，力傳感器與DIS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)相連，可直接顯示力的大小.光電傳感器與DIS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)相連，可直接顯示擋光桿擋光的時間，由擋光桿的寬度和擋光桿做圓周運動的半徑，可得到重物做圓周運動的角速度.
精析典題 提升能力
一、定性研究影響向心力大小的因素
例1 如圖6甲所示，某實驗小組探究影響向心力大小的因素.用細繩系一紙杯(杯中有30 mL的水)，將手舉過頭頂，使杯在水平面內(nèi)做圓周運動.
(1)下列說法中正確的是________.
A.保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將不變
B.保持質(zhì)量、繩長不變，增大轉(zhuǎn)速，繩對手的拉力將增大
C.保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將不變
D.保持質(zhì)量、角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將增大
(2)如圖乙，繩離杯心40 cm處打一結(jié)點A,80 cm處打一結(jié)點B，學(xué)習(xí)小組中一位同學(xué)手表計時，另一位同學(xué)操作.
操作一：手握繩結(jié)A，使杯在水平面內(nèi)每秒運動一周，體會向心力的大小.
操作二：手握繩結(jié)B，使杯在水平面內(nèi)每秒運動一周，體會向心力的大小.
操作三：手握繩結(jié)A，使杯在水平面內(nèi)每秒運動二周，體會向心力的大小.
操作四：手握繩結(jié)A，再向杯中添加30 mL的水，使杯在水平面
內(nèi)每秒運動一周，體會向心力的大小.
則：①操作二與一相比較：質(zhì)量、角速度相同，向心力的大小與轉(zhuǎn)動半徑大小有關(guān)；
操作三與一相比較：質(zhì)量、半徑相同，向心力的大小與角速度有關(guān)；
操作四與一相比較：_____________相同，向心力大小與_____有關(guān)；
②物理學(xué)中此種實驗方法叫__________法.
③小組總結(jié)階段，在空中甩動，使杯在水平面內(nèi)做圓周運動的同學(xué)談感受時說：“感覺手腕發(fā)酸，感覺力的方向不是指向圓心的向心力而是背離圓心的離心力，跟書上說的不一樣”，你認為該同學(xué)的說法是否正確，為什么？
答案 說法不正確.該同學(xué)受力分析的對象是自己的手，我們實驗受力分析的對象是紙杯(包括水)，細繩對紙杯(包括水)的拉力提供紙杯(包括水)做圓周運動的向心力，指向圓心.細繩對手的拉力與細繩對紙杯(包括水)的拉力大小相等、方向相反，背離圓心.
二、定量研究影響向心力大小的因素
例2 用如圖7所示的裝置可以探究做勻速圓周運動的物體需要的向心力的大小與哪些因素有關(guān).
(1)本實驗采用的科學(xué)方法是________.
A.控制變量法 B.累積法
C.微元法 D.放大法
(2)圖示情景正在探究的是________.
A.向心力的大小與半徑的關(guān)系
B.向心力的大小與線速度大小的關(guān)系
C.向心力的大小與角速度的關(guān)系
D.向心力的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系
(3)通過本實驗可以得到的結(jié)論是________.
A.在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與角速度成正比
B.在質(zhì)量和半徑一定的情況下，向心力的大小與線速度的大小成正比
C.在半徑和角速度一定的情況下，向心力的大小與質(zhì)量成正比
D.在質(zhì)量和角速度一定的情況下，向心力的大小與半徑成反比
隨堂演練 逐點落實
1.某同學(xué)為感受向心力的大小與哪些因素有關(guān)，做了一個小實驗：繩的一端拴一小球，手牽著繩在空中甩動，使小球在水平面內(nèi)做圓周運動(如圖11所示)，則下列說法中正確的是
A.保持繩長不變，增大角速度，繩對手的拉力將不變
B.保持繩長不變，增大角速度，繩對手的拉力將增大
C.保持角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將不變
D.保持角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將減小
2.(多選)(2018·北京市大興區(qū)上學(xué)期期末)向心力演示儀可以利用控制變量法探究向心力的大小與質(zhì)量、角速度和半徑之間的關(guān)系.它通過皮帶傳動改變兩輪的轉(zhuǎn)速，讓兩輪上的實心小球(體積相同)同時做圓周運動，然后通過連動裝置使安放在圓盤中心套筒中的彈簧產(chǎn)生形變，利用形變大小來反映向心力的大小，形變越大，露出的標尺格數(shù)越多.采用如圖12所示的實驗裝置，可以實現(xiàn)的實驗?zāi)康暮陀^察到的現(xiàn)象是
A.控制角速度和半徑相同，研究向心力大小與質(zhì)量的關(guān)系
B.控制半徑相同，研究向心力大小與角速度大小的關(guān)系
C.鋼球比鋁球的質(zhì)量大，鋼球一側(cè)露出的標尺格數(shù)多
D.鋼球比鋁球的質(zhì)量大，鋁球一側(cè)露出的標尺格數(shù)多
3.如圖13所示是一種簡易的圓周運動向心力演示儀，圖中A、B 為兩個穿在水平滑桿上并通過棉線與轉(zhuǎn)軸相連的重錘.試結(jié)合下列演示現(xiàn)象，分析影響向心力的因素.
(1)使線長LA＝LB，質(zhì)量mA＞mB，加速轉(zhuǎn)動橫桿.
現(xiàn)象：連接 A的棉線先斷.
表明：在半徑和角速度一定的條件下，圓周運動所需向心力隨_________的增大而增大.
(2)使質(zhì)量mA＝mB，線長LA＞LB，加速轉(zhuǎn)動橫桿.
現(xiàn)象：連接A的棉線先斷.
表明：在物體質(zhì)量和角速度一定的條件下，圓周運動所需向心力隨_________的增大而增大.
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向心力PPT，第四部分內(nèi)容：第2課時
向心力的分析和公式的應(yīng)用
探究重點 提升素養(yǎng)
一、向心力的理解及來源分析
導(dǎo)學(xué)探究
1.如圖1所示，用細繩拉著質(zhì)量為m的小球在光滑水平面上做勻速圓周運動.
(1)小球受哪些力作用？什么力提供了向心力？合力指向什么方向？
答案 小球受到重力、支持力和繩的拉力，繩的拉力提供了向心力，合力等于繩的拉力，方向指向圓心.
(2)若小球的線速度為v，運動半徑為r，合力的大小是多少？
2.若月球(質(zhì)量為m)繞地球做勻速圓周運動，其角速度為ω，月地距離為r.月球受什么力作用？什么力提供了向心力？該力的大小、方向如何？
答案 月球受到地球的引力作用，地球?qū)υ虑虻囊μ峁┝嗽虑蚶@地球做圓周運動的向心力，其大小Fn＝mω2r，方向指向地球球心.
知識深化
1.對向心力的理解
(1)向心力大小：Fn＝mv2r＝mω2r＝m2πT2r.
(2)向心力的方向
無論是否為勻速圓周運動，其向心力總是沿著半徑指向圓心，方向時刻改變，故向心力是變力.
(3)向心力的作用效果——改變線速度的方向.由于向心力始終指向圓心，其方向與物體運動方向始終垂直，故向心力不改變線速度的大小.
2.向心力的來源分析
向心力是根據(jù)力的作用效果命名的.它可以由重力、彈力、摩擦力等各種性質(zhì)的力提供，也可以由它們的合力提供，還可以由某個力的分力提供.
(1)當(dāng)物體做勻速圓周運動時，由于物體線速度大小不變，沿切線方向的合外力為零，物體受到的合外力一定指向圓心，以提供向心力.
(2)當(dāng)物體做非勻速圓周運動時，其向心力為物體所受的合外力在半徑方向上的分力，而合外力在切線方向的分力則用于改變線速度的大小.
例1 關(guān)于向心力的說法中正確的是
A.物體由于做圓周運動而產(chǎn)生了向心力
B.向心力不改變圓周運動中物體線速度的大小
C.對做勻速圓周運動的物體進行受力分析時，一定不要漏掉向心力
D.做勻速圓周運動的物體其向心力是不變的
例2 (多選)如圖2所示，用長為L的細線拴住一個質(zhì)量為M的小球，使小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，細線與豎直方向的夾角為θ，重力加速度為g，關(guān)于小球的受力情況，下列說法中正確的是
A.小球受到重力、細線的拉力和向心力三個力
B.向心力是細線對小球的拉力和小球所受重力的合力
C.向心力的大小等于細線對小球拉力的水平分力
D.向心力的大小等于Mgtan θ
二、勻速圓周運動問題分析
1.勻速圓周運動問題的求解方法
圓周運動問題仍屬于一般的動力學(xué)問題，無非是由物體的受力情況確定物體的運動情況，或者由物體的運動情況求解物體的受力情況.
解答有關(guān)勻速圓周運動問題的一般方法步驟：
(1)確定研究對象、軌跡圓周(含圓心、半徑和軌道平面).
(2)受力分析，確定向心力的大小(合成法、正交分解法等).
(3)根據(jù)向心力公式列方程，必要時列出其他相關(guān)方程.
(4)統(tǒng)一單位，代入數(shù)據(jù)計算，求出結(jié)果或進行討論.
2.幾種常見的勻速圓周運動實例
隨堂演練 逐點落實
1.(向心力的理解)(多選)下列關(guān)于向心力的敘述中，正確的是
A.向心力的方向始終沿著半徑指向圓心，所以是一個變力
B.做勻速圓周運動的物體，除了受到別的物體對它的作用力外，還一定受到一個向心力的作用
C.向心力可以是重力、彈力、摩擦力中的某個力，也可以是這些力中某幾個力的合力，或者是某一個力的分力
D.向心力只改變物體線速度的方向，不改變物體線速度的大小
2.(一般曲線運動分析)(2018·綿陽高一檢測)如圖7所示，小鳥沿圖中虛線向上加速飛行，空氣對其作用力可能是
A.F1
B.F2
C.F3
D.F4
3.(向心力公式的應(yīng)用)(2019·棠湖中學(xué)高一質(zhì)檢)如圖8所示，某同學(xué)用硬塑料管和一個質(zhì)量為m的鐵質(zhì)螺絲帽研究勻速圓周運動，將螺絲帽套在塑料管上，手握塑料管使其保持豎直并在水平方向上做半徑為r的勻速圓周運動，則只要運動角速度合適，螺絲帽恰好不下滑，假設(shè)螺絲帽與塑料管間的動摩擦因數(shù)為μ，認為最大靜摩擦力近似等于滑動摩擦力.重力加速度為g，則在該同學(xué)手轉(zhuǎn)塑料管使螺絲帽恰好不下滑時，下列分析正確的是
A.螺絲帽在重力和摩擦力作用下處于平衡狀態(tài)
B.螺絲帽受到塑料管的彈力方向水平向外，背離圓心
C.此時手轉(zhuǎn)動塑料管的角速度ω＝
D.若塑料管的轉(zhuǎn)動加快，螺絲帽有可能相對塑料管向下運動
4.(向心力公式的應(yīng)用)(2019·南陽市高一下學(xué)期期末)如圖9所示，長為L的細繩一端固定于O點，另一端系一個小球，在O點的正下方釘一個光滑的小釘子A，小球從一定高度擺下，當(dāng)細繩與釘子相碰時，釘子的位置距小球 ，則細繩碰到釘子前、后瞬間
A.繩對小球的拉力大小之比為1∶4
B.小球所受合外力大小之比為1∶4
C.小球做圓周運動的線速度大小之比為1∶4
D.小球做圓周運動的角速度之比為4∶1
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